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基本信息

主题：NMT发现WRKY70促拟南芥吸Cd²⁺ 为发现TaWRKY70与TaCAT5启动子结合参与响应重金属胁迫奠定基础

期刊：Environmental and Experimental Botany

影响因子：5.545

研究使用平台：NMT重金属创新平台

标题：TaWRKY70 positively regulates TaCAT5 enhanced Cd tolerance in transgenic Arabidopsis

作者：贵州大学任明见、贵州师范大学杜旭烨、Zhenzhen Jia、李木子

 

检测离子/分子指标

Cd²⁺

 

检测样品

拟南芥根分生区

 

中文摘要

      WRKY转录因子（TFs）参与了植物对多种生物和非生物胁迫的响应；然而，WRKY TFs在小麦响应Cd胁迫中的调控作用仍然未知。本文研究了小麦TaWRKY70 TF在Cd胁迫下的机制。在拟南芥中表达TaWRKY70来进行功能分析。TaWRKY70通过Cd在根中积累而不是在叶片中积累来调节Cd耐受性。表达TaWRKY70后，拟南芥根系的Cd²⁺内流速率减少。定量实时荧光定量PCR（qRT-PCR）结果显示，Cd胁迫下，heavy metal ATPase (AtHMA3)、natural resistance-associatedmacrophage protein (AtNRAMP5)、 yellow stripe1-like (AtYSL3)、和iron transport protein (AtIRT1)的表达水平降低。转基因拟南芥的电解质渗漏率、丙二醛和过氧化氢含量均低于野生型，而抗氧化酶活性则高于野生型。电泳迁移率变化实验（EMSA）、酵母单杂实验（Y1H）和瞬时反式激活实验证明TaWRKY70可以直接结合到TaCAT5启动子上。本研究的发现为WRKY TFs参与重金属胁迫响应的提供了新的理解。

 

离子/分子流实验处理方法

20μM CdCl₂处理8 h。

 

离子/分子流实验结果

      使用非损伤微测技术（NMT）检测了拟南芥根部的Cd²⁺净流速（图1）。转基因拟南芥根部的Cd²⁺净内流速率高于WT的。结果表明，TaWRKY70促进了转基因拟南芥对Cd的吸收。

 

 

图1.WT和转基因拟南芥根部的Cd²⁺内流速率。负值代表Cd²⁺吸收。

 

其他实验结果

• TaWRKY70-GFP荧光信号仅在细胞核中瞬时表达，表明TaWRKY70为核蛋白。
• 利用qRT-PCR分析Cd胁迫下小麦根和地上部分中TaWRKY70的表达。结果表明，TaWRKY70在小麦根和地上部组织中均受Cd胁迫高度诱导。
• 在表达DNA顺式作用元件W-box和TaWRKY70的拟南芥中，GUS染色和活性下降，表与只表达W-box的拟南芥相比，TaWRKY70与W-box基序特异结合。
• TaWRKY70增加了酵母的Cd富集能力。
• Western blot分析表明，TaWRKY70在只转基因植株中表达；在Cd处理下，WT株系的发芽率、初生根长、生物量小于TaWRKY70转基因植株；这些结果表明，TaWRKY70参与了拟南芥对Cd胁迫的响应，增强了拟南芥对Cd的耐受性。
• Cd胁迫下，转基因拟南芥根部的电解质渗漏、叶片的H₂O₂和O₂^-浓度明显低于WT，CAT活性明显高于WT。这些结果表明，TaWRKY70的表达改善了拟南芥的ROS清除系统，赋予其对Cd胁迫的抗性。
• 用荧光探针检测Cd²⁺在拟南芥根和叶的分布，发现转基因株系根部组织中的荧光强度比WT的强。然而，转基因株系叶片的荧光强度比WT弱。
• 转基因拟南芥的根组织Cd含量高于WT，而地上部组织Cd含量低于WT。
• 在转基因拟南芥中，作为Cd转运体的AtNRAMP5、AtHMA3、AtYSL3、和AtIRT1基因被30 μM的Cd诱导表达，但这些基因在转基因植物中的表达水平明显低于WT。结果表明，TaWRKY70通过抑制转运体基因的表达与Cd的稳态有关。
• TaWRKY70通过与TaCAT5启动子的W-box基序相互作用来激活TaCAT5的表达。

 

测试液

0.02 mM CdCl₂, 0.01 mM CaCl₂, pH 6.0

 

结论

      总之，小麦TaWRKY70在拟南芥中的表达降低了拟南芥的Cd转移系数，降低了拟南芥的Cd耐受性。此外，研究确定TaWRKY70是通过调节TaCAT5的表达来应对Cd胁迫的。总的来说，这项研究为进一步确定TaCAT5的功能和Cd响应机制提供了重要发现。

 

 

NMT实验标准化方案

·重金属研究NMT标准化方案

 

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

 

 

 

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0098847221002215?via%3Dihub

 

供稿：赵雪琦
编辑：刘兆义

 

关键词：小麦；WRKY70；阳离子氨基酸转运体5；镉；植物类

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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基本信息

主题：NMT发现定殖真菌致根际酸化促NO₃^-吸收 为菌根通过保持营养吸收促宿主植物耐盐提供证据

期刊：New Phytologist

影响因子：7.299（2019年）

研究使用平台：NMT植物-微生物互作创新科研平台

标题：Amelioration of nitrate uptake under salt stress by ectomycorrhiza with and without a Hartig net

作者：北京林业大学陈少良、撒刚、邓晨、Jun Yao，北京林业大学、哥廷根大学Andrea Polle

 

检测离子/分子指标

NO₃^-，H⁺

 

检测样品

银灰杨根

 

中文摘要

      盐胁迫是阻碍杨树吸收氮素营养的重要环境因子。本文描述了盐度对外生菌根中质子驱动的硝酸盐流速的影响以及哈蒂氏网对硝酸盐吸收的重要性。研究采用两种卷边网褶菌（Paxillus involutus）菌株进行根部定殖：一种是MAJ，形成典型的外生菌根结构（地幔和哈蒂氏网），一种是NAU，定殖根具薄而疏松的菌丝鞘。将真菌定殖和非定殖的银灰杨（Populus canescens）用NaCl处理后，检测根表面pH、NO₃^-流速、硝酸盐转运蛋白（PcNRT1.1、1.2、2.1）和质膜H⁺-ATPase（PcHA4、8、11）的转录。不论是否存在哈蒂氏网，菌株定殖都能增强根系NO₃^-的吸收，降低表面pH值并刺激宿主植物的NRTs和HA4。在盐胁迫下，未定殖的根部表现出较强的净NO₃^-外排，而真菌定殖对根表面pH和H⁺-ATPase的有益作用避免了NO₃^-的损失。在所有条件下，抑制H⁺-ATPases可消除NO₃^-内流。研究发现，刺激H⁺-ATPase对于外植体对NO₃^-吸收的有利影响是至关重要的，而哈蒂氏网的存在对于NO₃^-转运的改善并不是必需的。菌根可能会通过保持NO₃^-营养来促进宿主植物适应盐害环境。

 

离子/分子流实验处理方法

将银灰杨的根分别在有无P. involutus菌株（MAJ和NAU）的情况下接种30 d，然后再用0或100 mM NaCl处理24 h（短期，ST）或7 d（长期，LT）。

 

离子/分子流实验结果

由于¹⁵N跟踪确实揭示了运输的N化合物的身份，研究使用非损伤微测技术（NMT）来确定杨树在有无真菌定殖以及响应盐胁迫时的NO₃^-流速变化。NO₃^-的流速沿着根尖（100~2100 μm）在测试液中保持恒定（0.1 mM 低NO₃^-, 图2a）。NO₃^-流速的大小和方向明显受NaCl处理和真菌定殖的影响（图1a）。无菌根（non-mycorrhizal, NM）杨树的根尖表现出适度的NO₃^-吸收，而真菌定殖的根表现出7.4~11.8倍的吸收（图1a）。很显然，这种刺激不需要哈蒂氏网，因为与NM根相比，用MAJ或NAU定殖的根会使NO₃^-吸收增加（图1a）。此外，在盐胁迫下，真菌定殖的根保持了NO₃^-的净吸收，而NM根在短期和长期盐胁迫下显示出NO₃^-的净外排（图1a）。无论是对照还是盐处理，NAU和MAJ的纯菌株均表现出NO₃^-内流（图3）。

NO₃^-的吸收需要H⁺的协同运输，因此取决于外部环境的pH值。随后研究检测了NM和真菌定殖的根表面的pH值。沿NM根的pH值是稳定的（图2b），平均值为5.41（图1b）。真菌定殖导致根表面酸性更高，pH值范围为5.05~5.12（图1b, 图2b）。长期的盐胁迫导致NM植物的pH值明显上升至约pH值5.8（P<0.001）。在真菌定殖的植物中，盐处理也引起pH升高，导致根表面的pH值约为5.4，类似于NM对照根的pH值（图1b, 图2b）。盐诱导植物根系pH值的增加是由于根表面H⁺外排速率下降。无论对照条件如何，或短期或长期盐胁迫，NAU的表面pH值与MAJ定殖的根的表面pH值没有差别（图1b）。

 

图1. NaCl对有无菌株定殖的银灰杨根表面的NO₃^-流速和pH值的影响。正值代表NO₃^-外排，负值代表NO₃^-吸收。

 

图2. NaCl对有无菌根接种的杨树NO₃^-稳态流速和根表pH的影响。正值代表NO₃^-外排，负值代表NO₃^-吸收。

 

图3. NaCl对MAJ和NAU菌株NO₃^-稳态流速影响。正值代表NO₃^-外排，负值代表NO₃^-吸收。

 

      为了监测H⁺梯度对NO₃^-吸收的重要性，用原钒酸盐（orthovanadate, 质膜H⁺-ATPase抑制剂）抑制H⁺-ATPase。抑制剂显著提高了NM和真菌定殖根表面的pH值（图4b，图5b），表明H⁺泵被有效抑制。H⁺流速检测结果证实，在对照和盐胁迫下，原钒酸盐抑制剂使净H⁺外排转向内流（图6）。无论是否存在真菌定殖或盐胁迫，都会导致NO₃^-释放（图4a, 图5a）。

图4. 在有无菌根定殖和有无NaCl的情况下，原钒酸盐对银灰杨根表面NO₃^-流速和pH的影响。正值代表NO₃^-外排，负值代表NO₃^-吸收。

 

图5. 原钒酸盐对NaCl胁迫下有无菌根接种的杨树NO₃^-稳态流速和根表pH的影响。正值代表NO₃^-外排，负值代表NO₃^-吸收。

 

图6. 原钒酸盐对NaCl胁迫下有无菌根接种的杨树H⁺稳态流速的影响。正值代表H⁺外排，负值代表H⁺吸收。

 

其他实验结果

• 与NM杨树相比，MAJ或NAU定殖的杨树根和茎中¹⁵N的富集度更高。
• 真菌定殖和盐胁迫改变了杨树根系中低亲和力和高亲和力硝酸盐转运蛋白(NRTs)的转录水平。
• 长期盐胁迫下，NR和NiR的活性呈下降趋势。
• 尽管盐诱导的PcHA4转录水平有所下降，但在盐胁迫下，真菌定殖的PcHA4转录水平仍高于NM根系。
• 与NM相比，P. involutus定殖的根表现出更高的质膜超极化。
• MAJ定殖的根在距顶端500~900 μm处表现出更高的O₂吸收率。

 

测试液

0.1 mM KNO₃, 0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, pH 5.3

 

结论

本研究证明了外生菌根真菌P. involutus定殖的杨树根系对NO₃^-的净吸收增强，并且几种NRTs和HAs的表达增加。无哈蒂氏网的P. involutus菌株NAU引起NO₃^-净流速增加，NRT和HA转录水平增加，类似于用MAJ定殖形成典型的外菌根结构的根。

研究认为真菌对增强NO₃^-运输能力的有益影响被盐胁迫所否定。不过，由于真菌定殖的根表面酸度高于NM根的表面酸度，因此Paxillus菌株MAJ和NAU维持了盐胁迫下根NO₃^-的稳态。盐胁迫诱导NM根系NO₃^-外排受到菌根激活的H⁺-ATPases的抑制，明显地在质膜上形成了足以使NO₃^-保留的H⁺梯度。菌根真菌如何影响H⁺泵活性以及宿主PcNRT和PcHAs的转录调控，在未来需要继续研究。总体而言，本研究的结果为菌根共生体在养分吸收和胁迫改善方面的功能提供了新的见解。

 

NMT实验标准化方案

·植物营养研究NMT标准化方案

·盐胁迫研究NMT标准化方案

 

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

 

 

 

原文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.15740

 

供稿：赵雪琦
编辑：杨爽
校稿：卻彦晗

 

关键词：杨树；NaCl；卷边网褶菌；MAJ；NAU；NO₃^-流速；NRTS；pH；植物类

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 

 

基本信息

主题：NMT发现盐胁迫下麝香草酚促烟草排Na⁺保K⁺ 为外源化合物提高烟草耐盐性的机制提供证据

期刊：中国烟草学报

研究使用平台：NMT植物耐盐创新平台

标题：外源添加麝香草酚提高烟草幼苗抵御盐胁迫机理的研究

作者：河南农业大学王静、宋佳倩，四川省凉山州烟草公司西昌市公司卢剑

 

检测离子/分子指标

Na⁺、K⁺

 

检测样品

烟草根、叶肉细胞

 

中文摘要

      【目的】土壤中盐分含量过高严重影响植物生长，引起盐胁迫。为探寻可以提高烟草耐盐性的外源缓解物质，课题组前期筛选了大量化合物，选用缓解效果最优的麝香草酚进行耐盐胁迫机理的研究。【方法】以烤烟K326为材料，对烟草根尖进行根尖细胞死亡的鉴定和钠钾离子流速的测定，并结合烟草幼苗根长、活性氧含量、抗氧化酶含量等生理指标，探究麝香草酚缓解烟草幼苗盐胁迫的机理。【结果】（1）添加麝香草酚显著降低了盐胁迫对烟草幼苗根系生长的抑制。（2）麝香草酚降低了盐胁迫下植株体内H₂O₂和MDA的积累、缓解了盐胁迫造成的根尖细胞死亡。（3）麝香草酚缓解了盐胁迫造成的Na⁺吸收和K⁺外排。【结论】外源添加麝香草酚可以通过降低H₂O₂造成的氧化损伤，维持细胞内钠钾离子平衡来缓解盐胁迫对烟草幼苗的伤害。

 

离子/分子流实验处理

①正常的MS培养基为对照（CK）
②MS培养基+150 mmol/L NaCl（S）处理12 h
③MS培养基+50 μmol/L 麝香草酚（T）处理12 h
④MS培养基+150 mmol/L NaCl+50 μmol/L 麝香草酚（ST）处理12 h

 

离子/分子流实验结果

      细胞内钠钾平衡对植物的耐盐性起关键作用。如图1所示，处理12 h后，在霍格兰营养液培养条件下，烟草根系表现为Na⁺吸收，S处理Na⁺吸收净流速显著增加，而ST 处理与T 处理的Na⁺流速均表现为外排，且ST处理的Na⁺外排净流速显著大于T处理，表明麝香草酚能够促进Na⁺外排，缓解盐胁迫造成的Na⁺内流。对同一烟株叶片中Na⁺流速的检测发现，正常霍格兰营养液培养条件下表现为Na⁺吸收，其他三个处理均表现为外排，且ST处理Na⁺的外排显著低于S 处理。这可能是由于单独盐胁迫处理根系Na⁺吸收增多，运输到地上部后排出，故盐胁迫下地上部Na⁺外排增加，而盐胁迫与麝香草酚处理地上部Na⁺外排量较小。

 

图1. 外源添加麝香草酚对盐胁迫下烟草Na⁺流速的影响。正值代表Na⁺外排，负值代表Na⁺吸收。

 

      由图2可知，CK处理与T处理的烟草根系K⁺流速均为轻度外排，ST处理的K⁺外排净速率明显低于S处理；叶片中CK处理与T处理的K⁺为吸收，盐胁迫处理以及盐胁迫与麝香草酚混合处理后的K⁺为外排，且盐胁迫处理的K⁺外排净流速明显高于盐胁迫与麝香草酚混合处理，表明麝香草酚的添加缓解了盐胁迫造成的K⁺流失。

图1. 外源添加麝香草酚对盐胁迫下烟草K⁺流速的影响。正值代表K⁺外排，负值代表K⁺吸收。

 

其他实验结果

• 添加麝香草酚缓解了盐胁迫对幼苗根系的生长抑制。

• 添加麝香草酚缓解了盐胁迫造成的H₂O₂积累和膜脂过氧化损伤。

• 盐胁迫导致了根尖细胞死亡加剧；而添加麝香草酚明显缓解了盐胁迫诱导的细胞死亡的现象；单独麝香草酚处理对根尖细胞死亡无显著影响

 

测试液

0.1 mM NaCl, 0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, 0.3 mM MES, pH 6.0

 

结论

      盐胁迫容易导致烟草幼苗根系大量活性氧累积，并诱发根尖细胞死亡。麝香草酚能够通过提升烟草幼苗的抗氧化能力，缓解盐胁迫引发的根长抑制和细胞死亡效应；另一方面麝香草酚可以降低盐胁迫造成的Na⁺吸收和K⁺外排，从而维持细胞内钠钾平衡，对植株的耐盐性具有积极的作用。

 

NMT实验标准化方案

 ·盐胁迫研究NMT标准化方案

 

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

 

 

 

原文链接：https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=cjfq&dbname=CJFDLAST2021&filename=ZGYB202102011

 

供稿：赵雪琦
编辑：杨爽
校稿：卻彦晗

 

关键词：麝香草酚；盐胁迫；活性氧；细胞死亡；非损伤微测技术；植物类

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 

 

基本信息

主题：NMT发现在水分和N素充足时定殖ECM致云杉根铵硝吸收↓ 为发现土壤资源越充足ECM作用越弱提供关键证据

期刊：Physiologia Plantarum

影响因子：4.5

研究使用平台：NMT植物营养创新平台

标题：Inorganic nitrogen uptake rate of Picea asperata curtailed by fine root acclimation to water and nitrogen supply and further by ectomycorrhizae

作者：中国科学院成都生物研究所、中国科学院大学尹春英、谢路路

 

检测离子/分子指标

NO₃^-、NH₄⁺

 

检测样品

云杉根，距根尖16.5~18 mm根表上的点

 

中文摘要

      外生菌根（ECM）真菌定殖和功能依赖于土壤水分和养分供应。为了研究资源供应对云杉幼苗根系ECM定殖和无机氮（N）吸收的影响，作者在一个5年的长期试验结束时进行了一项研究，该试验包括5种灌溉方式（40、50、60、80和100%的田间持水量）和3种NH₄NO₃施用量（0 [N0]、20 [N1]和40[N2] g N m^-2 year^-1）。使用非损伤微测技术（NMT）检测了铵（NH₄⁺）和硝酸盐（NO₃^-）在定殖根和未定殖根中的流速。研究发现在不同的供N水平下，ECM定殖率从最高供水水平到最低供水水平增加了53±14%。在所有不同灌溉方式下，与在添加N下生长的根相比，在自然N供应下菌根根尖的比例高39±4%。正如对针叶树所预期的那样，定殖和未定殖的根对NH₄⁺的吸收速率都高于NO₃^-。N添加降低了在低供水条件下生长的未定殖根的瞬时离子吸收速率，但增加了在土壤水分充足条件下生长的根的流速。土壤水分供应提高了非定殖根对无机N的吸收，但降低了定殖根的效率。在最低供水条件下，定殖根系对NH₄⁺和NO₃^-的吸收率为未定殖根系的40%~80%，随着土壤供水的提高，NH₄⁺和NO₃^-的吸收率降低到20%~30%。综上，本研究认为随着土壤资源可获得性的提高，外生菌根在云杉幼苗养分获取中的作用可能减弱。

 

离子/分子流实验处理方法

定殖或未定殖ECM

 

离子/分子流实验结果

      在所有的供N水平下，未定殖根在土壤水分可利用率最高条件下的NH₄⁺和NO₃^-净流速比土壤水分可利用率最低条件下的NH₄⁺和NO₃^-净流速高3~5倍，NH₄⁺的净流速大约比NO₃^-的净流速高30%（P<0.05，图1A-D）。增加供N量也会影响未定殖根系中的离子流速，对适应低水分利用率的根产生负面影响，对适应高水分利用率的根产生积极影响，但N诱导的影响小于水分利用率的影响。对于适应高水分和高N添加量的根系而言，进入定殖根的NH₄⁺和NO₃^-净流速最高，而在自然N条件下生长的定殖根的吸收率没有随供水量变化而变化（图1E–H）。但与未定殖的根系不同，在两种N形态下根系的流速都在60%田间持水量左右趋于饱和。

 

图1. 云杉未定殖的根和定殖的根NH₄⁺和NO₃^-净流速（A , C , E , G）和相对净流速（B, D, F, H）对土壤水分和氮素有效性变化的响应。正值代表NH₄⁺和NO₃^-外排，负值代表NH₄⁺和NO₃^-吸收。

 

其他实验结果

• 在自然N（N0）条件下，土壤pH随供水量增加而增加，但无论供N量是N1还是N2都对土壤pH变化起到了缓冲作用。

• 在60%及以上田间持水量的灌溉条件下，土壤NH₄⁺-N浓度在N0时最高，在N1时最低，但在60%田间持水量以下，没有观察到添加N对NH₄⁺-N的影响；相比之下，低于60%田间持水量的NO₃^--N浓度在供N水平之间和两种土壤灌溉方式之间存在很大差异，而在较高的供水量下没有观察到处理间的差异。

• 土壤浸提液中总无机N浓度在不同N处理之间没有表现出一致的差异，在整个不同土壤供水范围内也没有明显的趋势。

• 随着土壤水分可利用率的降低，云杉幼苗根系ECM定殖率呈线性增加，而两种施N量均抑制了定殖率。比根长和比根面积对水分和N供应的变化均无响应。

• 进入定殖根的NH₄⁺流速相对于进入非定殖根的流速，随着土壤水分可利用率的增加而下降。同样，进入定殖根的NO₃^-流速相对于进入未定殖根的NO₃^-流速，也随着土壤水分可利用率的增加而下降，但与NH₄⁺吸收相比，趋势不太明显。

 

测试液

NH₄⁺：0.1 mM NH₄Cl, 1 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, pH 5.5

NO₃^-：0.1 mM KNO₃, 1 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, pH 5.5

 

结论

      本项研究中已经确定和分析了ECM定殖率和瞬时离子吸收率对定殖和未定殖根的响应。根据研究结果，外生菌根在云杉幼苗养分获取中的作用可能随着土壤资源可利用率的增加而减弱。研究结果为进一步研究外生菌根在N吸收和碳氮平衡中的功能提供了理论依据。

 

NMT实验标准化方案

 ·植物营养研究NMT标准化方案

 

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

 

 

 

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ppl.13562

 

供稿：赵雪琦
编辑：杨爽
校稿：卻彦晗

 

关键词：云杉；外生菌根；NH₄⁺和NO₃^-流速；土壤资源可利用率；植物类